礦渣立磨減速機故障狀態的檢測與診斷分析

趙天祥

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司加工廠，山西太原　030003）

礦渣立磨減速機故障狀態的檢測與診斷分析

趙天祥

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司加工廠，山西太原030003）

根據在礦粉立磨監測過程中積累的大量現場經驗和數據資料，將傳統的振動信號分析、先進的扭矩信號監測和礦粉生產工藝數據有效結合起來，能夠很好地避免在生產中的許多可能發生的減速機故障。應用德國DALOG公司開發的系統狀態監測技術，對大型立磨減速機進行預警以及故障識別，減少甚至避免減速機的故障尤其是重大故障的發生。

DALOG狀態監測故障診斷

礦渣立磨減速機在立磨系統中既要起到減速和傳遞功率、帶動磨盤轉動的作用，又要承受磨盤、物料的重力以及碾磨壓力，再加上生產條件復雜多變，立磨減速機成為整套立磨設備容易出現問題，因此立磨減速機一旦發生故障，會直接導致全線停產的惡劣后果，使企業蒙受巨大經濟損失。我公司經過立磨專業設計人員和DALOG公司技術交流，針對太鋼立磨檢測要求，研發立磨在線監測系統。監測系統能夠實時監測扭矩信號、震動加速度信號。

1　減速機監測系統組成與特點

減速機監測系統主要由轉速傳感器、扭矩傳感器系統、XY方向振動傳感器、加速度傳感器、振動檢測單元、DALOG監測系統以及DALOG分析軟件。DALOG減速機監測系統不同于傳統監測系統的主要特點是：它不僅僅監測滾子軸承，而且監測齒輪箱的齒輪嚙合。除了記錄傳統的振動信號外，同時也安裝一個可靠的扭矩檢測系統。在對振動信號的頻域信息進行分析的同時，也對扭矩信號的頻譜進行分析。

圖1　4號傳感器2010年7月19日和7月31日的時域圖

圖2　4號傳感器2010年7月19日和7月31日的頻譜圖

表1　故障報警原因

扭矩信號通過遙測傳感器的非接觸測量進行可靠的記錄。為了獲得扭矩信號，一個電阻應變片，一個信號放大器以及一個天線環需要安裝在驅動軸上。天線環可以分離，被安裝在現存的設備上，接入供電電壓后，通過固定在機床上的天線頭讀出信號數據。扭矩信號是最重要的信號之一，它提供的信息包括：設備的運行狀態、危險的過載、扭頻等等。

設備每一重要部件都有自身的轉動和嚙合頻率，分析扭矩曲線有明顯周期性振動，根據設備固有頻率分析出設備部件磨損和損傷程度和裂化趨勢，及早準備備件，指導檢修安排。減速機的扭矩值直接反映了設備的運行狀況，要查看設備運行是否正常首先要分析扭矩信號，為了查看扭矩信號是否異常，系統設置了5類扭矩報警信號（表1），并且簡單分析了造成扭矩報警的原因。

2　減速機故障判斷與案例

DALOG監測系統從加速度和包絡信號來分析特征值，給出設除了從加速度信號構建的特征值外，從扭矩信號也構建特征值。例如：扭矩的最大、平均和最小值、齒輪嚙合頻率和諧波、邊頻帶、滾子軸承頻率、軸的旋轉頻率等等。加速度信號，包括信號和扭矩信號的特征值，結合生產過程變量的特征數據，可以提供最大可能的精確預測以及設備故障的確診。

備異常以及設備運行狀態的變化。例如Rms值、峭度值等等。通過頻域特征分析出故障的位置。例如：齒輪嚙合頻率和諧波、邊頻帶、滾子軸承頻率、軸的旋轉頻率等等。

2010年6月在立磨運行中發現3號立磨出現主電機電流波動較大，立磨產量無法增加等問題，停機對于設備進行檢查沒有發現明顯問題，然后我們對DALOG的信號進行分析。通過觀察4號傳感器的振動峰峰值的趨勢值從2010年7月25日到7月31日有明顯增大的趨勢。考察4號傳感器采集的振動原始信號的時域圖，比較多個時間點的時域圖變化。通過比較2010年7月19日的時域圖和2010年7月31日的時域圖，可以清楚的看到在2010年7月31日的時域圖上出現了明顯的沖擊信號。

其中左圖1為7月19日的時域圖，右圖1為7月31日的時域圖。分別對這兩個時間點的信號進行快速傅立葉變換（FFT），變換后的頻譜如圖2所示：

從圖2中的A點：7月19日4號傳感器的振動頻譜和B點：7月31日4號傳感器的振動頻譜的比較中可以看出。在7月31日的振動頻譜上出現了大量圍繞298Hz（傘齒輪嚙合頻率）及其多次諧波頻率的邊頻帶。邊頻帶的間隔頻率為16.5Hz。此間隔頻率和輸入軸的旋轉頻率相同。（通過查看特征頻率表可以知道傘齒輪嚙合頻率的計算值為297Hz，輸入軸的旋轉頻率計算值為16.5Hz）。

將各個不同時間點的時域圖，頻譜圖進行比較，或者通過瀑布圖都可以看到和輸入軸旋轉頻率相關的故障的演化。結合特征值的變化趨勢，我們可以清楚的獲知被監測設備的狀態是否發生改變，是否有故障產生。通過頻譜分析，根據不同部件的特征頻率，我們可以定位到是減速機上哪一部分可能產生了故障。停機后檢查輸入軸和傘齒輪，發現在輸入軸小傘齒輪的一個輪齒中部出現比較大的裂紋。

3　結語

通過實踐證明采用扭矩和振動信號時域波形各項參數的趨勢分析可以對機器設備的運行情況做出總體的判斷，根據實際情況對立磨的各主要部件進行簡易診斷。應用振動信號分析方法可以解決減速機設備中大部分的問題，在實際使用中收到很好的效果。通過實踐證明，將扭矩和低頻振動等多種傳感器信號綜合起來對立磨系統進行監測，能夠取得比較好的監測效果。

［1］范愛華，黃震西，喻昉.減速機故障狀態的監測和診斷分析［J］.鋼鐵研究，2004，03：58-61.

［2］邢建海，劉箴，張彥杰.TRMS礦渣立磨的保養與維修［J］.中國水泥，2010，08：64-67.